2.15. Акустическое возбуждение турбулентной струи при нарушении гармоничности воздействующего сигнала

Как известно, при генерации звука чистого тона различного рода излучателями в спектрах акустического сигнала, помимо основной тональной составляющей, вследствие нелинейности акустических характеристик излучателя (громкоговорителя) образуются и составляющие на частотах гармоник. Относительный уровень гармонических составляющих высших порядков, как правило, возрастает с увеличением уровня возбуждающего сигнала.

В наших опытах по акустическому возбуждению турбулентных струй, как и в аналогичных опытах других исследователей, использовавших электродинамические излучатели звука, уровень гармоник был существенно ниже уровня основной составляющей, так что наличие этих гармоник не оказывало существенного влияния на процесс воздействия акустических колебаний на струю. Следовательно, можно утверждать, что в большинстве экспериментальных исследований акустического возбуждения турбулентных струй и слоев смешения имело место тональное, гармоническое воздействие.

Как указывалось в п. 2.14, повышение эффективности управления аэродинамическими характеристиками турбулентной струи с помощью акустического возбуждения может быть достигнуто при многочастотном возбуждении на основной частоте и ее субгармониках при соответствующих сдвигах их фаз. Другой способ повышения эффективности акустического управления может быть связан с изучением влияния формы акустического сигнала при его заметных отличиях от гармонического. Изменение формы

Рис. 2.64. Прямоугольные периодические электрические импульсы, зависимость напряжения от времени

Рис. 2.65. Осциллограммы пульсаций давления вблизи кромки сопла при Гц и

Рис. 2.66. Узкополосные спектры пульсаций давления при и характерной частоте Гц

сигнала может привести к изменению крутизны фронта волны давления, воздействующей на кромку сопла и генерирующей образование вихревых возмущений (вихревых колец).

Ниже представлены результаты экспериментального исследования влияния формы воздействующего на струю акустического сигнала на ее аэродинамические характеристики. Экспериментально исследовано изменение средней скорости и продольных пульсаций скорости в фиксированной точке на оси струи при поперечном акустическом облучении струи при различных частотах, уровнях и форме звукового сигнала [2.19]. Экспериментальная установка описана в работе [2.22]. Ее основные параметры: диаметр сопла скорость истечения соответствующие числа Рейнольдса Начальный пограничный слой был близок к ламинарному.

Акустическое возбуждение осуществлялось электродинамическим излучателем (динамиком). На катушку динамика подавались гармонический сигнал (для генерации гармонического акустического возбуждения) или же периодические прямоугольные электрические импульсы, которые преобразовывались в периодические акустические сигналы определенной формы. При этом каждый положительный прямоугольный электрический импульс, подаваемый на катушку электродинамического излучателя,

приводил к формированию импульсов давления разных знаков в акустическом поле. Изменение формы этих сигналов достигалось при изменении параметров периодических прямоугольных электрических импульсов, которые характеризуются периодом, соответствующим уровнем (напряжением) и отношением длительности импульса к периоду и 0,9 (рис. 2.64).

На рис. 2.65 и 2.66 представлены для случая Гц и осциллограммы пульсаций давления вблизи кромки сопла и соответствующие узкополосные спектры при различных значениях параметра и при гармоническом сигнале. Неоходимо отметить, что при заметных отличиях осциллограмм пульсаций давления вблизи кромки сопла от гармонических соответствующие спектры характеризуются большим числом сравнительно мощных гармоник. Следовательно, в этом случае по существу реализуется многочастотное акустическое возбуждение струи. При этом в качестве характерной частоты в дальнейшем использовалась частота прямоугольных электрических импульсов, которые подавались на динамик. В случае гармонического сигнала, как следует из спектра на рис. 2.63, уровень гармоник пренебрежимо мал (он на меньше уровня основного тона).

Рис. 2.67. Зависимости в точке на оси струи при

Рис. 2.68. Зависимость для к и гармонического сигнала (2) в точке на оси струи при

Интересно отметить, что с ростом частоты независимо от значений параметра к осциллограммы и спектры все более соответствуют гармоническим колебаниям, особенно при приближении частоты Гц.

Рис. 2.69. Изменение вдоль оси струи средней скорости среднеквадратичных пульсаций скорости при поперечном акустическом возбуждении - необлученная струя, 3 - гармоническое возбуждение

На рис. 2.67 и 2.68 приведены результаты термоанемометрических измерений зависимостей в фиксированной точке на оси струи при Там же представлены соответствующие результаты для случая гармонического возбуждения. Наиболее интересные результаты получены при высокочастотном возбуждении Здесь при уменьшение и увеличение заметно больше, чем при гармоническом возбуждении.

Следует отметить, что при одинаковом значении уровня звукового давления вблизи кромки сопла с увеличением скорости от до эффективность высокочастотного возбуждения струи негармоническим сигналом уменьшается. Так, при в точке на оси струи минимум при для гармонического и негармонического сигнала соответственно равен 0,9 и 0,7, в то время как при эти значения равны 0,92 и 0,82. Это обусловлено тем, что в обоих случаях разнятся значения составляющие, соответственно, 1,5 и 0,75%. Для того, чтобы в обоих случаях получился одинаковый эффект при увеличении скорости истечения в два раза (от 10 до 20 м/с) следует увеличить уровень звукового давления на т.е. вместо задать

На рис. 2.69 представлены зависимости от продольной координаты для турбулентной струи при гармоническом и негармоническом акустическом возбуждении и при отсутствии возбуждения. Эти зависимости иллюстрируют эффективность негармонического возбуждения по сравнению с гармоническим для реализации эффекта ослабления турбулентности.